Chương 1. Tổng quan: Giới thiệu về mục tiêu, giới hạn của đề tài. Cơ sở lý thuyết: Nghiên cứu về phần cứng hệ thống mô hình giải pháp kỹ thuật, các giao thức. Thiết kế và xây dựng hệ thống: Sơ đồ khối, thiết kế phần cứng, sơ đồ nguyên lý.Thi công hệ thống: Thi công mô hình, lưu đồ hoạt động.
Kết quả - kết luận và hướng phát triển: Kết quả lý thuyết, kết quả thực tế, nhận xét và đánh giá hệ thống. Kết luận và hướng phát triển. 13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. GIỚI THIỆU VỀ NHỮNG CHỈ SỐ PHẢN ÁNH SỨC KHỎE CON NGƯỜI Sức khỏe con người là một trong những yếu tố quan trọng nhất đối với cuộc sống hằng ngày và chất lượng cuộc sống.
Sức khỏe không chỉ bao gồm sự vắng mặt của bệnh tật, mà còn liên quan đến tình trạng thể chất, tinh thần và xã hội tổng thể của một cá nhân. Trong thế giới hiện đại ngày nay, nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sức khỏe con người, bao gồm chế độ ăn uống, môi trường sống, tình trạng tâm lý, và việc luyện tập thể dục. Ngoài ra việc theo dõi các chỉ số như là thân nhiệt, nhịp tim, nồng độ O2 trong máu hằng ngày cũng rất quan trọng. Để duy trì sức khỏe tốt, chúng ta cần phải chú trọng đến việc cân đối giữa các yếu tố này.
Thân nhiệt Thân nhiệt, một chỉ số quen thuộc nhưng lại ẩn chứa nhiều ý nghĩa. Đó là sự cân bằng giữa sinh nhiệt và thải nhiệt, là dấu hiệu của sự hoạt động ổn định của cơ thể. Nhiệt độ của người trưởng thành trung bình là 37°C. Da, bộ phận có vai trò quan trọng trong việc điều hòa thân nhiệt, không chỉ giúp cơ thể chúng ta thích nghi với môi trường mà còn bảo vệ cơ thể khỏi các yếu tố gây hại từ bên ngoài.
Da cũng giúp cơ thể nhận biết được các kích thích từ môi trường, từ đó có những phản ứng phù hợp. Khi thân nhiệt tăng lên,cần được chú ý và xử lý kịp thời. Thân nhiệt cao có thể gây ra một số vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như: • Chuột rút nhiệt: Khi thân nhiệt tăng, cơ thể có thể mất nước và muối, dẫn đến chuột rút. Triệu chứng bao gồm mồ hôi, mệt mỏi, đau cơ, và khát nước.
• Kiệt sức do nhiệt: Đây là tình trạng nghiêm trọng hơn, khi cơ thể không thể làm mát bản thân. Triệu chứng bao gồm đau đầu, nôn mửa, chóng mặt, yếu, da lạnh, và nước tiểu sẫm màu. 14 • Sốt: Hiện tượng cơ thể bị nhiễm các loại virus, vi khuẩn nên cơ thể có xu hướng chống lại các loại virus, vi khuẩn đó bằng cách tăng nhiệt độ cơ thể. Nếu thân nhiệt đo được trên 38℃ là biểu hiện của sốt (kể cả do Covid-19).
Nhịp tim [17] Nhịp tim là chỉ số thể hiện sự hoạt động của trái tim, có ảnh hưởng trưc tiếp đến sức khỏe con người. Một nhịp tim bình thường và ổn định không chỉ cho thấy trái tim đang hoạt động tốt, mà còn là dấu hiệu của một cơ thể bình thường. Khi nhịp tim quá cao, gọi là tachycardia, trái tim phải làm việc nhiều hơn để bơm máu, có thể dẫn đến mệt mỏi, khó thở và đau ngực. Trong một số trường hợp nghiêm trọng, tachycardia có thể gây ra đột quỵ hoặc đau tim.
Ngược lại, khi nhịp tim quá thấp, gọi là bradycardia, trái tim không thể cung cấp đủ lượng máu cần thiết cho cơ thể, có thể gây ra chóng mặt, mệt mỏi và hôn mê. Nhịp tim cũng có thể bị không đều, gọi là nhịp tim không đều hoặc arrhythmia. Điều này có thể làm giảm hiệu suất của trái tim, gây ra các triệu chứng như mệt mỏi, khó thở và đau ngực.1: Bảng nhịp tim. Nồng độ O2 trong máu [18] Nồng độ O2 trong máu, hay độ bão hòa oxy trong máu, là một chỉ số quan trọng cho thấy sức khỏe của hệ thống hô hấp và tuần hoàn của con người.
Dưới đây là một số thông tin chi tiết: Oxy cần thiết cho sự sống, và cơ thể chúng ta cần một lượng nhất định oxy để hoạt động đúng cách. Tất cả các tế bào trong cơ thể đều cần oxy để tạo ra năng lượng một cách hiệu quả, và cơ thể cần năng lượng để thực hiện tất cả các quá trình của nó, chẳng hạn như tiêu hóa và thậm chí cả suy nghĩ. Ảnh hưởng của nồng độ O2 thấp đến sức khỏe: Mức độ oxy thấp trong máu (hypoxemia) có thể dẫn đến nhiều tình trạng nghiêm trọng và gây tổn thương cho các hệ thống cơ quan riêng biệt, đặc biệt là não và tim. Khi khả năng của phổi vận chuyển oxy vào máu bị suy giảm, nồng độ oxy trong máu giảm, có thể đặt các cơ quan trong cơ thể vào tình trạng nguy hiểm.
Mức nồng độ O2 bình thường: Đối với hầu hết người trưởng thành khỏe mạnh, mức độ bão hòa oxy bình thường nằm trong khoảng từ 95% đến 100%. Duy trì một mức độ oxy trong máu từ 75–100 mm Hg hoặc 95–100% là cần thiết cho một trái tim, não, và thận khỏe mạnh. MỘT SỐ LINH KIỆN VÀ MODULE SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 2. Buzzer [15] Buzzer là một thành phần dùng để tạo ra âm thanh.
Nó được thiết kế để phát ra các âm thanh đơn giản hoặc chuỗi âm thanh ngắn. Buzzer thường có kích thước nhỏ, dễ sử dụng và có giá thành thấp, làm cho chúng trở thành một thành phần phổ biến trong các ứng dụng điện tử. Ứng dụng phổ biến của buzzer: cảnh báo và báo động, đồ chơi và sản phẩm điện tử, hệ thống nhúng, xe hơi, xe máy,… 16 Hình 2.1: Hình ảnh Buzzer Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của Buzzer: 2. Module MAX30100 [14] Module MAX30100 là cảm biến đo nhịp tim và SpO2.
Được sản xuất bởi công ty Maxim Integrated và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế. Module này có thể đo nhịp tim từ 0 đến 250 nhịp/phút và đo SpO2 từ 0% đến 100%. Với bộ dò và mạch xử lý tích hợp, nó giao tiếp qua I2C, hỗ trợ ngắt tín hiệu, đèn LED điều chỉnh và chế độ tiết kiệm năng lượng. MAX30100 chủ yếu được dùng trong thiết bị y tế di động để đo nhịp tim và SpO2.
MAX30100 không có bộ nhớ lưu trữ lớn như RAM hay Flash như một vi điều khiển, nhưng nó có các thanh ghi nội bộ và bộ nhớ đệm để lưu trữ tạm thời dữ liệu đo lường trước khi truyền đi. • Bộ Nhớ FIFO Buffer: có kích thước 16x16-bit (32 byte). 17 Kích thước: 16 x 16-bit (32 byte). FIFO lưu trữ tạm thời các mẫu dữ liệu đo lường (nhịp tim và nồng độ oxy) trước khi chúng được đọc qua giao tiếp I2C.
Dữ liệu trong FIFO có thể bao gồm các mẫu đo từ cả LED đỏ và LED hồng ngoại. • Thanh Ghi (Registers): MAX30100 có nhiều thanh ghi nội bộ để cấu hình và đọc dữ liệu. Các thanh ghi này lưu trữ các thông tin về trạng thái, cấu hình, và kết quả đo lường. Địa chỉ I2C: MAX30100 sử dụng địa chỉ I2C cố định là 0x57 để giao tiếp.
2: Hình ảnh module MAX30100 Bảng 2.3: Thông số module MAX30100 18 Bảng 2.4: Chức năng các chân cảm biến MAX30100 Người dùng có thể sử dụng datasheet của cảm biến MAX30100 trong việc lập trình điều khiển, tuy nhiên có thể sử dụng thư viện <MAX30100_PulseOximeter.h> để hỗ trợ việc lập trình giao tiếp giữa cảm biến nhịp tim – nồng độ SpO2 với Arduino được dễ dàng hơn. Module cảm biến thân nhiệt MLX90614 [16] Cảm biến MLX90614 là một cảm biến nhiệt hồng ngoại sản xuất bởi công ty Melexis. Nó được sử dụng để đo nhiệt độ không tiếp xúc trên các đối tượng từ xa. MLX90614 có khả năng đo nhiệt độ không tiếp xúc từ -70 đến 380 độ Celsius với độ chính xác cao và độ phân giải tốt.
Nó cũng có khả năng lấy nhiệt độ từ nhiều điểm khác nhau trong một lần đo, cho phép xác định các đặc tính nhiệt độ của các vùng khác nhau trên bề mặt đối tượng. Ứng dụng của cảm biến MLX90614 rất đa dạng. Nó có thể được sử dụng trong các ứng dụng y tế để đo nhiệt độ cơ thể, trong công nghiệp để kiểm soát nhiệt độ quy trình sản xuất, trong ô tô để giám sát nhiệt độ động cơ, và trong nhiều lĩnh vực khác. Cảm biến MLX90614 có thể giao tiếp I2C và PWM.
Có địa chỉ I2C mặc định là 0x5A. Tích hợp bộ cảm biến nhiệt độ môi trường: Để đo nhiệt độ xung quanh và bù đắp nhiệt độ. 19 Để sử dụng cảm biến MLX90614, người dùng có thể lựa chọn lập trình dựa trên thông số data sheet hoặc sử dụng thư viện có sẵn, nhóm chọn sử dụng thư viện <Adafruit_MLX90614.h> giúp hỗ trợ việc lập trình điều khiển với khối xử lý trung tâm trở nên đơn giản hơn. Cảm biến MLX90614 có một số bộ nhớ EEPROM và RAM tích hợp để lưu trữ các tham số hiệu chuẩn và cấu hình • EEPROM: Dung lượng 17 x 16-bit (words).
EEPROM được sử dụng để lưu trữ các tham số hiệu chuẩn, cấu hình thiết bị, và các hệ số bù trừ. Các tham số hiệu chuẩn bao gồm các hằng số để tính toán nhiệt độ từ tín hiệu hồng ngoại, được nhà sản xuất nạp sẵn vào EEPROM. • RAM: Dung lượng 3 x 16-bit (words). RAM được sử dụng để lưu trữ các giá trị nhiệt độ tức thời và dữ liệu đo lường trước khi truyền qua giao tiếp I2C hoặc PWM.
3: Hình ảnh module cảm biến MLX90614 Bảng 2.5: Bảng thông số cảm biến MLX90614 20 Bảng 2.6: Chức năng các chân của cảm biến MLX90614 Người dùng có thể dùng datasheet của cảm biến MLX90614 trong việc lập trình điều khiển, tuy nhiên có thể sử dụng thư viện <Adafruit_MLX90614.h> giúp hỗ trợ việc lập trình giao tiếp giữa cảm biến nhiệt hồng ngoại với Arduino dễ dàng hơn. Module cảm biến rung SW1801P [13] Module cảm biến SW1801P là một loại cảm biến tiếp xúc, thường được sử dụng để phát hiện sự mở hoặc đóng của các cổng, nắp, hay vật liệu khác. Đây là một module dựa trên nguyên lý công tắc (switch) và được thiết kế để dễ dàng tích hợp vào các ứng dụng điện tử. Module có độ nhạy cao, cho phép phát hiện các sự tiếp xúc nhỏ hoặc từ xa.
Module cảm biến SW1801P được sử dụng trong nhiều lĩnh vực và ứng dụng khác nhau, bao gồm thiết bị điện tử gia dụng, thiết bị y tế, ô tô, máy tính và các ứng dụng công nghiệp khác. Module cảm biến SW1801P có thông số áp hoạt động từ 3.3V – 5V DC, dòng hoạt động là 15mA, có ngõ ra là tín hiệu số. 4: Hình ảnh module cảm biến SW1801P 21 Bảng 2.7: Chức năng từng chân của cảm biến SW1801P Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật cảm biến rung SW1801P 2.